1 操作系统基础知识

操作系统 Operating System，是计算机系统的核心系统软件。

计算机系统由硬件和软件组成，软件通常分为系统软件和应用软件。

系统软件支持应用软件的运行，为用户开发应用软件提供平台，用户可以使用它，但不能随意修改它。

常用的系统软件有操作系统、语言处理程序、连接程序、诊断程序、数据库 等。应用软件指计算机用户利用软硬件资源为某一专门的应用目的而开发的软件。

本节考点为：

操作系统的类型和结构

操作系统基本原理

网络操作系统及网络管理

嵌入式操作系统与实时操作系统

1.1 操作系统的类型与结构

1.1.1 操作系统的类型

按功能不同分：单用户操作系统、批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统、嵌入式操作系统。

1.1.2 操作系统的结构

整体结构（无序结构、模块组合结构）、层次结构、微内核结构

微内核结构：采用客户服务器模式，将系统服务实现与基本操作分离，使得一个服务组件失效不会导致整个系统崩溃。优点有：

统一的接口、可伸缩性好、可移植性好、实时性好、安全可靠性高、支持分布式系统

本节重点是微内核结构概念

 

操作系统基本原理

基本功能：进程管理、文件管理、存储管理、设备管理、作业管理。以下分节叙述这5方面内容。

1.2 进程管理

1.2.1 进程的状态

三态模型

运行态、就绪态、等待态。假定所有进程都在内存中

五态模型

静止就绪、静止阻塞、活跃就绪、活跃阻塞、运行

静止态表示进程被挂起在外存

注意：教程中没有提到前趋图，这两年系分和架构考试都利用了前趋图概念出题。

1.2.2 信号量与PV操作

　PV操作是低级通信原语，在执行期间不可分割，P表示申请一个资源，V表示释放一个资源。

　　P操作定义：S:=S-1，若S>=0，则执行P操作的进程继续执行，否则若S<0， 则置该进程为阻塞状态(因为无可用资源)，并将其插入阻塞队列。

　　V操作定义：S:=S+1，若S>0， 则执行V操作的进程继续执行，否则若S<=0，则从阻塞状态唤醒一个进程，并将其插入就绪队列，然后执行V操作的进程继续执行。

S大于0表示可用资源的个数，S小于0表示等待进程的个数。用于做互斥时S的个数最大只能为1。

使用资源前P操作，减一，释放资源V操作，加一。P操作时测试是否资源可用，V操作是通知资源可用。

本节主要考查生产消费者问题，注意与前趋图结合考查，前趋图中进程执行前P操作测试前置进程是否完成，执行完成执行V操作通知后续进程

1.2.3 死锁问题

产生死锁的四个必要条件：互斥条件、请求保持条件、不可剥夺条件、环路条件。

预防策略，破坏死锁的四个必要条件之一。

本节重点是银行家算法：

最大需求不超过现存总资源

现有资源满足本次需求，还需测试剩余资源能否满足尚需的最大资源

1.2.4 管程与进程

1.3 文件管理

对外部存储设备上以文件方式存放的信息的管理。

1.3.1 文件的逻辑组织

文件的组织形式，用户可见的结构，分为无结构字符流文件和有格式记录文件。文件内容以记录为单位组织和记录信息。

连续结构、多重结构、转置结构、顺序结构

1.3.2 文件的物理组织

文件存储设备划分为物理块。

连续文件

串联文件

索引文件

1.3.3 树形目录结构

文件控制块的集合称为目录

1.3.4 存储空间管理

文件存储设备是分成许多大小相同的物理块，文件存储设备的管理实质上就是对空闲块的组织和管理。

空闲表法

空闲链表法

位示图

成组链表法

1.4 存储管理

主要考查虚存技术。

1.4.1 地址变换

逻辑地址到物理地址的转换。静态重定位和动态重定位

1.4.2 存储组织

段页式存储

分页系统能有效地提高内存的利用率，而分段系统能反映程序的逻辑结构，便于段的共享与保护，将分页与分段两种存储方式结合起来，就形成了段页式存储管理方式。

在多道程序环境中，每道程序都有一张段表和一个作为用户标识的基号。一个逻辑地址中除了基号x、段号s和页号外，还有一个页内地址d。

(((x) + s + p) *2n + d

1.4.3 存储管理

缺页中断：使用的页不在内存中，需要从外存调入，将内存中一些页淘汰到外存。缺页率为缺页次数除以总引用页面数

页面置换算法：FIFO（先进先出算法）LRU（最少使用淘汰算法）

局部性原理

中断

　　是指计算机在执行程序的过程中，当出现异常情况或特殊请求时，计算机停止现行程序的运行，转向对这些异常情况或特殊请求的处理，处理结束后再返回现行程序的间断处，继续执行原程序。

缺页中断

　　缺页中断就是要访问的页不在主存，需要操作系统将其调入主存后再进行访问。

1.5 作业管理

1.5.1 作业调度算法

常用的作业调度算法有：先来先服务、短作业优先、响应比高优先、优先级调度算法、均衡调度算法。

作业周转时间 = 等待时间 + 运行时间

1.6 设备管理

1.6.1 数据传输控制

程序控制方式、程序中断方式、DMA方式、通道、输入输出机

1.6.2 磁盘调度算法

磁盘由多个盘片组成，每片分为多个磁道，所有盘片上相同的磁道称为柱面、每个磁道分为多个扇区，每个盘片上有一个磁头。

FCFS算法（FIFO）：

SSTF算法（最短寻道时间优先）

SCAN算法

N-SCAN

C-SCAN

1.6.3 虚设备与SPOOLING技术

  见附件

1.1 真题分析

本节知识在系统架构设计师考试试题中一般为前1-3题，在系统分析师考试试题中一般为46-48题，分值为1-3分。